Инновационные подходы к обеспечению современных технологий обеззараживания питьевой воды
УДК 628.166 УДК 006.015
Рассмотрены подходы к обеспечению высокого уровня современных технологий обеззараживания питьевой воды с использованием гипохлорита натрия (ГХН). Обоснована необходимость разработки нового стандарта для ГХН, в котором особое внимание будет уделено качеству и безопасности выпускаемой продукции и соответствующим аналитическим способам контроля этих параметров. Предложена концепция нового регламента с учетом опыта стандартизации в странах ЕС.
Ключевые слова: обеззараживание питьевой воды, гипохлорит натрия, стандартизация, безопасность для потребителя.
Обеззараживание с использованием биологически активных химических соединений - необходимый этап системы подготовки воды питьевого качества. Традиционным и наиболее распространенным методом обеззараживания является использование жидкого или газообразного хлора, который, несмотря на свою эффективность и экономичность, обладает рядом существенных недостатков. Наиболее значительные из них - образование побочных хлорорганических соединений, обладающих канцерогенной активностью и представляющих значительную опасность для здоровья человека, а также ухудшение органолептических свойств питьевой воды и ее потребительских качеств в целом. Более перспективным является использование для обеззараживания питьевой воды хлорсодержащих веществ, которые обеспечивают необходимое качество без значительного вторичного загрязнения. К таким реагентам относится гипохлорит натрия NaOCl (ГХН).
Водный раствор ГХН - сильный окислитель, он проявляет высокую активность по отношению к широкому спектру микроорганизмов уже при их низких концентрациях [4]. При этом, по различным оценкам, применение данного реагента позволяет снизить концентрацию канцерогенных хлорорганических соединений практически до нуля, что выгодно отличает его от газообразного хлора. Он может эффективно использоваться также для дезинфекции насосных станций и водонапорных башен, канализации, многочисленных вспомогательных устройств.
Транспортировка и хранение концентрированного раствора ГХН достаточно просты и не требуют повышенных мер безопасности, т.к. это вещество, в отличие от хлора, не является пожароопасным и взрывоопасным. Кроме того, испытания показывают, что дозы хлора при использовании растворов ГХН в водоподготовке либо равны либо существенно ниже доз, необходимых при использовании жидкого хлора [2].
Несмотря на высокую химическую активность, ГХН сравнительно безопасен для человека при использовании его в соответствии с принятыми регламентами. Исследования различных токсикологических центров Северной Америки и Европы подтвердили, что ГХН в рабочих концентрациях не несет значительного вреда для человека при попадании вещества внутрь организма или на кожу. Также Международное агентство по изучению рака (International Agencyfor Researchon Cancer, IARC) пришло к выводу, что питьевая вода, обработанная ГХН, не содержит канцерогенов [5].
Оценка мирового объема производства ГХН представляет определенную трудность в связи с тем, что его значительная часть производится непосредственно потребителями для собственных нужд, в том числе для водоподготовки. По приблизительным данным на 2005 год, глобальный годовой объем производства ГХН составил около 1 млн. тонн [6]. С тех пор годовой прирост производства составляет 2-2,5%. По мнению издания The 100 MostImportant Chemical Compounds, ГХН входит в первую сотню самых важных химических соединений.
К сожалению, многие возможности использования ГХН в России не реализованы. Даже в питьевом водоснабжении использование ГХН далеко «не дотягивает» до реальных потребностей ни по его количеству, ни по качеству самого реагента (по содержанию в нем загрязняющих веществ). Тем не менее технология использования ГХН воды для дезинфекции воды в России становится все более популярной и активно используется на многих предприятиях водоснабжения и канализации (таблица 1).
Современной промышленностью используется два основных метода производства ГХН - химический и электрохимический. Химический метод представляет собой хлорирование водного раствора едкого натра NaOH молекулярным хлором Cl2. При использовании электрохимического метода проводят электролиз водного раствора хлорида натрия NaCl (поваренной соли).
Важным преимуществом использования электрохимического способа для нужд обеззараживания воды является возможность получения ГХН непосредственно на месте потребления в достаточно широком диапазоне объемов выработки: от очень малых до крупнотоннажных. Электролитические установки различной мощности могут быть использованы как для небольших муниципальных станций водоподготовки, так и для водоснабжающих организаций крупных городов и предприятий. Как правило, реагент выпускается в виде водного раствора в соответствии с ГОСТ 11086-76 «Гипохлорит натрия. Технические условия» [3]. Данный стандарт распространяется на ГХН, получаемый хлорированием водного раствора едкого натра NaOH, и устанавливает общие правила его производства, хранения, маркировки и транспортировки, а также немногочисленные методы анализа качества. Пожалуй, единственным условием обеспечения безопасности ГХН в соответствии с ГОСТ является запрет применения абгазного хлора от хлорпотребляющих органических и неорганических производств, а также едкого натра, полученного ртутным методом. Кроме того, некоторые производители ориентируются на технические условия «Гипохлорит натрия - ТУ 6-01-29- 93» (таблица 2).
В соответствии с ГОСТ 11086-76 промышленный ГХН выпускается под двумя марками с различными физико-химическими показателями (таблица 3), причем для обеззараживания питьевой воды используется только ГХН одной марки AА.
Растворы ГХН марки А также используются для обеззараживания воды плавательных бассейнов, в химической промышленности. Растворы марки Б находят применение в медицинской промышленности и как окислитель для отбеливания ткани. Применение ТУ 6-01-29-93 носит упрощенный характер. В соответствии с этим регламентом не нормируются показатели прозрачности раствора ГХН и содержания примесей железа (таблица 4).
ГХН марки Б, произведенный по ТУ, получают из абгазного хлора, при этом допускается и использование ртутного едкого натра. Такой продукт применяют для дезинфекции территорий и обеззараживания сточных вод. Растворы марки Э получают электролизом раствора поваренной соли, они используются аналогично ГХН марки А, произведенному по ГОСТ.
Таким образом, требования к качеству ГХН, используемого в РФ, представлены в основном в двух нормативно-технических документах, действующих на протяжении ряда десятилетий и во многом утративших свою актуальность. Многообразие используемых в настоящее время технологий производства ГХН неизбежно приводит к несоответствию качества выпускаемой продукции. Для химических веществ, которые предполагается использовать в процессе водоподготовки в системе централизованного водоснабжения, такая ситуация недопустима. Очевидно, что в настоящее время существует необходимость разработки нового регламента для ГХН.
Ориентиром при разработке новых требований к ГХН может быть действующий стандарт EN 901, который применяется к ГХН, используемому для обработки воды, предназначенной для потребления человеком (Chemical sused for treatment of water inten dedforhuman consumption A Sodium hypochlorite).
Стандарт EN 901 описывает свойства ГХН и определяет требования к различным параметрам его качества И соответствующие аналитические методы. В стандарте изложены принципы использования ГХН при обработке воды, общие правила безопасности при обращении с реагентом, требования к упаковке и транспортировке. Разработчики стандарта также уточняют, что хотя этот стандарт не применяется к ГХН, который производится непосредственно на месте применения, для него должны применяться такие же показатели контролируемых параметров.
Стандарты, издаваемые Европейским комитетом по стандартизации, принимаются странами-участниками в качестве национального стандарта. При желании каждая страна может перевести его без внесения каких-либо изменений и отклонений от смысла и присоединить аббревиатуру EN в национальном обозначении (например, DIN EN 901 (стандарт Германии), NF EN 901(стандарт Франции) и др.). Таким образом, номер и техническое содержание стандарта остаются неизменными на всей территории Европы (таблица 5).
Сравнение ГОСТ 11086 и EN 901 (в работе использовалась его немецкая версия DINEN 901) показывает большую разницу в этих регламентирующих документах. Особенно это касается ограничений на содержание высокотоксичных элементов (таблица 6).
Наличие жестких ограничений объяснимо и вполне очевидно: через ГХН эти элементы могут попадать в питьевую воду или же оказывать отрицательное влияние при использовании ГХН в других областях его применения.
Очевидно, что при разработке нового российского регламента для ГХН также необходимо уделить особое внимание регулированию состава и свойств ГХН таким образом, чтобы содержание загрязняющих веществ, влияющих на безопасность его использования, было ограничено предельно допустимым уровнем.
При этом для контроля качества и безопасности продукта необходимо использование современных инструментальных методов испытаний и измерений. Например, в сфере производства и применения ГХН в развитых экономиках широко используются атомно-абсорбционные спектрометры, позволяющие выполнять большой объем определений элементного состава испытуемых образцов. Однако большим сдерживающим фактором здесь являются высокая стоимость инструментальной базы и потребность в высоко профессиональном персонале, что далеко не всегда по силам малому и даже среднему бизнесу.
Эти определения предлагается производить по европейским и международным стандартам:
- EN 1233 Качество воды - определение хрома - способ атомно-абсорбционной спектрометрии;
- ENISO 12846 Качество воды определение ртути - способ атомно-абсорбционная спектрометрия с или без обогащения (ISO 12846);
- ISO8288:1986 Качество воды - определение кобальта, никеля, меди, цинка, кадмия и свинца - пламенная атомно-абсорбционная спектрометрия.
Перечисленные стандарты входят в состав нормативной базы EN 901:2013. Как известно, формирование таких баз является важной составной частью разработок стандартов. Именно эти части в наиболее концентрированном виде показывают, насколько стандарты отвечают современным требованиям, в том числе и достижениям научно-технического прогресса.
Особенно дороги и трудоемки микробиологические испытания, потребность в которых велика в области высоких технологий с применением ГХН, включая и питьевое водоснабжение. Современные установки для микробиологических исследований могут с успехом использоваться для подбора условий использования ГХН в водоподготовке с учетом микробиологического состава примесей. Возможности для таких испытаний и измерений на современном уровне могут иметь, как правило, только крупные компании или региональные и государственные центры.
С учетом необходимости освоения новых технологий получения и применения ГХН проблему инструментальной базы исследований и измерений необходимо решать. Например, с помощью центров совместного пользования, технопарков, действующих сертификационных лабораторий (центров) и т.д. Создание такой базы позволит обеспечить выполнение и еще одного необходимого условия - опираясь на современную инструментальную базу испытаний и измерений, получать товарный ГХН необходимо высокого качества для применения его в области высоких технологий.
Сравнение нормативных баз стандартов ГОСТ 11086-76 и DINEN 901:2013 также показывает, что европейский стандарт полностью ориентирован на использование международных стандартов ISO (таблица 7).
В ГОСТ 11086-76 ссылки на международные стандарты отсутствуют, хотя использование таких ссылок в нормативных документах разного уровня настоятельно рекомендуется авторитетными международными организациями, такими как ЕЭК ООН, ОЭСР, АТЭС, ВТО, ИСО. Игнорирование этих рекомендаций очень сильно ослабляет позиции нормативных и ненормативных документов в международных экономических отношениях.
В результате вся деятельность предприятий стран-участников СНГ в области производства и применения ГХН практически выпадает из международного нормативного пространства по многим позициям. Этому способствует и то, что возраст нормативных документов в базе ГОСТ 11086-76 недопустимо велик - практически все документы его нормативной базы морально устарели.
Таким образом, состав нормативной базы ГОСТ 11086-76 показывает, что данный стандарт консервирует технологическое и техническое отставание экономики ЕАЭС в области производства и применения гипохлорита натрия. И все государства-члены ЕАЭС несут от этого ощутимые экономические потери.
Важно отметить, что стандарты становятся обязательными для исполнения, если становятся основой для разработки технических регламентов. Например, в системе технического регулирования ВТО такой основой предлагается считать международные стандарты. В системе технического регулирования ЕАЭС стандарты могут служить доказательной базой для технических регламентов. Очевидно, что из-за слабой проработанности вопросов безопасности гипохлорита натрия стандарт ГОСТ 11086-76 не может служить ни основой разработки для разработки технических регламентов, ни входить в состав их доказательной базы, и является документом добровольного применения.
Литература:
1. Аналитический отчет по результатам проведенного анализа состояния конкурентной среды на рынке гипохлорита натрия (марки А). Федеральная антимонопольная служба России. 2013 - 13 с.
2. Беляк А.А., Касаткина А.Н., Гонтовой А.А., Смирнов А.Д., Привен Е.М., Благова О.Е. К вопросу об использовании растворов гипохлорита натрия в водоподготовке // Питьевая вода, № 2, 2007. С.25-34.
3. ГОСТ 11086-76. Гипохлорит натрия. Технические условия. Издание официальное. М.: Стандартинформ, 2008. 7 с.
4. Черкасов С.В. Гипохлорит натрия. Свойства, теория и практика применения. http://wwtec.ru/index.php?id=410.
5. Fletcher J., Ciancon D. Why life is a bleach (The Sodium Hypoclorite Story)// Environmental Science and Engineering Magazine, May 1996.
6. Myers R. L. The 100 Most Important Chemical Compounds: A Reference Guide. Westport: Greenwood Press, 2007. P. 260.
Innovative approaches to the provision of modern technologies for the disinfection of drinking water
The approaches to ensuring a high level of modern technology of disinfection of drinking water using a perspective of the reagent sodium hypochlorite (GHN). The necessity of developing a new standard for GHN, in which special attention will be paid to the quality and safety of manufactured products and appropriate analytical methods of verification. The concept of the new regulation is based on the experience of standardization in the EU.
Keywords: drinking water disinfection, sodium hypochlorite, standardization, safety for the user.
Rosental Oleg Moiseevich, doctor of technical Sciences, chief researcher of the laboratory of water quality. Institute of water problems, Russian Academy of Sciences (IWP RAS). 119333, Russia, Moscow, Gubkin str., 3. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Serenkaya Elena Petrovna, junior researcher of the laboratory of water quality. Institute of water problems, Russian Academy of Sciences (IWP RAS). 119333, Russia, Moscow, Gubkin str., 3. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Журнал «Вода Magazine», №1 (101), 2016 г.
